JP5175696B2

JP5175696B2 - 現像方法、及びフォトマスクの製造方法

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Publication number: JP5175696B2
Application number: JP2008299584A
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Inventors: 秀昭桜井; 正敏寺山
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Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
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Description

本発明は、例えば、フォトマスクや半導体装置の製造に適用される現像方法、及びフォトマスクの製造方法に関する。

フォトマスクや半導体装置の製造工程では、基板上に感光剤を塗布して形成された感光膜に対して露光、現像、エッチング等の工程を経て、基板上に所望のパターンを形成するという手法が広く用いられている。特に現像工程においては、現像液に対する感光剤の感度は、感光剤を製造した際の製造ロット、感光剤を塗布した際の塗布環境、感光膜が形成された基板の保管環境といった複数の起因の影響を受けるため、感光膜の感度を管理することは困難である。

そのため、現像の進行状態を測定し、その測定結果に基づいて現像処理を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された現像方法は、露光されたレジストを現像しながら、レジストの膜厚を測定する工程と、レジストの膜厚が所望の膜厚となったときに現像を中止する工程とを含む。

しかし、この現像方法を、寸法、形状及び配置等が異なる複数種のパターンの全てに適用するには、寸法精度上改善する必要がある。
特開２００５−２１７２５４号公報

従って、本発明の目的は、感光膜の感度にばらつきがあったとしても、所望のリソグラフィ尤度を確保し、パターンカテゴリ間の寸法差を抑えるとともに、パターン寸法を高精度に制御することができる現像方法、及びフォトマスクの製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の現像方法、及びフォトマスクの製造方法を提供する。

［１］基板上に形成された感光膜を現像し複数種のパターンを形成する現像方法であって、露光された前記感光膜を所定の膜厚まで現像する第１の現像処理を行う工程と、前記第１の現像処理によって現像された前記感光膜の前記所定の膜厚と前記感光膜の露光量から前記感光膜の感度情報を取得する工程と、前記感度情報から前記第１の現像処理に続く第２の現像処理を行った後のパターン寸法を予測し、前記第２の現像処理における現像条件の第１の許容範囲を決定する工程と、前記第１の許容範囲と、前記複数種のパターン間における現像処理後のパターン寸法のばらつき量から決定される前記第２の現像処理における現像条件の第２の許容範囲とを共に満たすように前記第２の現像処理における現像条件を決定する工程と、を含むことを特徴とする現像方法。

［２］上記［１］に記載の現像方法によってマスクパターンを形成することを特徴とするフォトマスクの製造方法。

本発明によれば、感光膜の感度にばらつきがあったとしても、所望のリソグラフィ尤度を確保し、パターンカテゴリ間の寸法差を抑えるとともに、パターン寸法を高精度に制御することができる。

［第１の実施の形態］
（現像方法）
本発明の第１の実施の形態に係る現像方法について、現像方法の各工程を示す図１のフローチャートに従って図２〜図４を参照して説明する。図２（ａ）は、輝度とレジスト膜の膜厚との関係図、図２（ｂ）は、膜厚測定部の概略構成の一例を示す模式図である。図３（ａ）は、露光量とパターン寸法との関係図、図３（ｂ）は、露光量と露光部膜減り量との関係図、図３（ｃ）は、露光部膜減り量とパターン寸法との関係図、図３（ｄ）は、露光部膜減り量と現像時間との関係図、図３（ｅ）は、パターン間寸法差と現像時間との関係図、図３（ｆ）は、現像時間の相互許容範囲を示す図である。図４（ａ）〜（ｅ）は、複数種のパターンを示す断面図である。

まず、基板上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜の膜厚を予め取得しておいた輝度と膜厚との関係図２（ａ）を用いて取得する（Ｓ１）。この輝度と膜厚との関係は、図２（ａ）に示すように、モニター用パターンの輝度情報からレジスト膜の膜厚に一意に換算することができるように設定されている。具体的には、モニター用パターンの輝度とレジスト膜の膜厚との関係は、光源の波長及び膜厚に依存する。そのため、一意に換算可能となるように光源の波長を選択するか、又は後述する第１の現像条件で現像を行った後の膜厚付近で一意に換算可能となるように第１の現像条件を選択する。なお、輝度情報は、例えば、図２（ｂ）に示すＣＣＤカメラ等を用いて取得される。

次に、レジスト膜に対し所定の条件で露光を行った後、第１の現像条件に従って第１の現像処理を行う（Ｓ２）。本実施の形態では、第１の現像条件は、例えば、露光部の膜厚を約半分までを溶解させるような現像条件であるとする。なお、第１の現像条件は、レジスト膜を所定の膜厚まで現像させる条件であればよく、その現像量は半分に限らない。

続いて、第１の現像処理により現像された露光部の膜厚を輝度と膜厚との関係図２（ａ）を用いて再度取得する。そして、図２（ｂ）において、レジスト膜の現像処理前の膜厚をＴ２、現像処理後の膜厚をＴ１とすると、現像処理前後の膜厚Ｔ１とＴ２の比較として差分を取ることにより露光部の膜減り量Ｄ１を算出する（Ｓ３）。

次に、予め取得しておいた露光量（感度）と露光部のパターン寸法との関係図３（ａ）及び露光量と露光部膜減り量との関係図３（ｂ）により取得した露光部膜減り量とパターン寸法との関係図３（ｃ）を用いて最終的なパターン寸法を予測する（Ｓ４）。例えば、関係図３（ｃ）において、上記の工程Ｓ３により算出されたレジストの膜減り量がＤ１とすると、最終的なパターン寸法はＣＤ１と予測される。

次に、所望のパターン寸法（以下、「ターゲット寸法」という）に仕上げるための補正量を決定する。例えば、第１の現像処理後に測定されたレジストの膜減り量がＤ１、予測したパターン寸法がＣＤ１であり、ターゲット寸法がＴ_ＣＤとすると、ＣＤ１とＴ_ＣＤとの差がターゲット寸法に仕上げるためのパターン寸法補正量にΔＣＤとなる。また、ターゲット寸法Ｔ_ＣＤに対応する膜減り量がＤ２とすると、Ｄ１とＤ２との差がターゲット寸法に仕上げるための膜減り量補正量ΔＤとなる。

上記のように求められた膜減り量補正量ΔＤと、予め取得しておいた露光部膜減り量と現像時間（現像条件）との関係図３（ｄ）とを用いて現像条件補正量ΔＤｅｖが算出される。また、パターン寸法補正量ΔＣＤと、予め取得しておいたパターン寸法と現像時間との関係図とを用いて現像条件補正量ΔＤｅｖを算出してもよい。

実際には、図３（ｃ）に示すように、形成しようとするパターンのスペックに応じてターゲット寸法Ｔ_ＣＤから許容される誤差の範囲が、寸法換算の許容範囲１１０として設定されている。そのため、現像条件を補正可能な範囲は、この寸法換算の許容範囲１１０に応じて変化する。この寸法換算の許容範囲１１０から得られる現像条件の補正可能範囲を、関係図３（ｄ）を用いて第１の許容範囲１１２Ａとして算出する（Ｓ５）。この第１の許容範囲１１２Ａは、形成しようとするパターンの寸法の平均値を所望の範囲内に制御するために用いられる。

続いて、形成しようとするパターンのローカルな領域におけるパターンの疎密差に応じた条件（第２の許容範囲１１２Ｂ）を算出する（Ｓ６）。ローカルな領域におけるパターンカテゴリの種類としては、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、ＩＳＯ−Ｌパターン１０１ａ、ＩＳＯ−Ｓパターン１０１ｂ、Ｌ／Ｓ（ラインアンドスペース）パターン１０１ｃ、２Ｓ／Ｌパターン１０１ｄ、２Ｌ／Ｓパターン１０１ｅが挙げられる。パターンカテゴリの種類は、図４に例示したものに限られない。

上記のローカルな領域におけるパターンは、一般的にそれぞれのパターンカテゴリ間の寸法差（以下、「パターン間寸法差」という）が最も小さくなるような条件で露光量や近接効果補正係数等が決定されている。なお、パターン間寸法差は、例えば、これら５種類のパターンカテゴリのうち少なくとも２種類のパターンカテゴリ間におけるパターン寸法から算出される。また、パターン間寸法差は、例えば、複数種のパターンカテゴリにおける寸法ずれの最小値と最大値の差でもよいし、標準偏差等の統計値でもよい。

上記のパターン間寸法差が最も小さくなるような条件をパターン疎密差補正条件と定義し、そのパターン疎密差補正条件によりパターン間寸法差が最も小さくなったときの値を図３（ｅ）に示すようにパターン間差最小値Ｇ_ｍｉｎと定義する。また、パターン間寸法差として許容される誤差の範囲をパターン間差許容範囲と定義する。ここで、パターン間差許容範囲とは、リソグラフィにおける複数種のパターン間でのパターン寸法に許されるばらつき量である。また、パターン間差許容範囲は、リソグラフィ尤度を満たすように設定されている。

リソグラフィ尤度とは、リソグラフィにおける複数種のパターン間でのパターン寸法に許されるばらつき量等の複数の条件から得られる転写条件のマージンである。例えば、半導体装置の場合には、デバイスまで加工した後の動作特性等からパターンに許される寸法許容範囲が予め決められている。従って、所望のリソグラフィ尤度を満たすようにパターン間差許容範囲を設定し、そのパターン間差許容範囲を満たすような現像条件で現像を行うことにより所望のリソグラフィ尤度を確保した現像を行うことができる。

レジスト膜の感度が変化すると、このパターン疎密差補正条件の変動が発生し、それに応じてパターン疎密差最小値Ｇ_ｍｉｎが変動するため、図３（ｅ）に示すグラフ全体がＹ軸方向に全体的にシフトし、パターン間差許容範囲を満たすような現像条件の範囲が変動する。本実施の形態では、パターン間寸法差が、パターン間差許容範囲の最大値であるパターン間差許容値Ｇ_ｓｐｅｃ以下となるような現像条件の補正可能範囲を第２の許容範囲１１２Ｂとする。なお、第２の許容範囲１１２Ｂは予め設定しておいても構わない。予め設定しておいた場合には、工程Ｓ６を省略し、工程Ｓ７に進む。

次に、図３（ｆ）に示すように、第１の許容範囲１１２Ａ及び第２の許容範囲１１２Ｂを共に満たすような相互許容範囲（図３（ｆ）の斜線部）１１３を算出し、その相互許容範囲１１３を満たすように第２の現像条件を決定する（Ｓ７）。本実施の形態では、第２の現像条件は、第１の現像条件で現像処理を行ったレジスト膜に対して少なくとも残りの厚さ分だけレジスト膜を現像する条件である。なお、第２の現像条件は、必ずしも相互許容範囲１１３の中央の値を現像条件として決定する必要はなく、相互許容範囲１１３内において目的とするパターンのスペックに応じて適宜決定することが可能である。例えば、第２の現像条件として、相互許容範囲１１３の端部の値を現像条件としてもよい。

そして、レジスト膜に対し上記の工程Ｓ７により決定された第２の現像条件に従って第２の現像処理を行う（Ｓ８）。以上のように、相互許容範囲１１３を満たすように第２の現像条件を決定することにより、複数の基板上に形成されたレジスト膜に対し、それぞれのレジスト膜の感度にばらつきがあったとしても、所望のリソグラフィ尤度を確保し、パターンカテゴリ間の寸法差を抑えるとともに、パターン寸法を高精度に制御することができる。

本実施の形態では、感光性を有する薄膜である感光膜（例えば、レジスト膜等）の感度変化に対し、現像時間の補正を行う例を記載した。しかし、現像時間の補正に限らず、現像液の温度や現像液の濃度、現像時の液の速度等の補正及びそれらのパラメータを組み合わせて補正を行っても構わない。

また、本実施の形態では、第１の現像処理により取得された感光膜の感度について取得した条件を第２の現像処理だけでなく、第２の現像処理、第３の現像処理、第４の現像処理と後続に複数の現像処理が設定されている場合にも適用可能である。この場合には、後続の複数の現像処理に対する補正量の和が相互許容範囲１１３内に収まるようにそれぞれの現像条件が決定される。

また、本実施の形態では、感光膜の感度情報として膜厚の変化量（膜減り量）を取得して補正条件を決定する工程を記載したが、更に精度を向上させるために２次元、３次元的にレジスト形状情報を取得し、それと寸法との関係から現像条件を算出する手法等を用いても構わない。２次元、３次元的にレジスト形状情報を取得する方法としては、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Atomic Force Microscope）やスキャトロメトリー等の手法が考えられる。また、感光膜の感度情報として、感光膜の現像速度等を取得してもよい。

（現像装置の構成）
次に、上記現像方法を実施するための現像装置の一例について説明する。図５（ａ）は、本実施の形態に係る現像装置の概略構成の一例を示す上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

この現像装置１は、現像液Ｌ１の吐出及び吸引を行いながら基板１００上を走査方向Ｓに水平移動することによってレジスト膜１０１を現像する現像ヘッド（現像部）２と、現像ヘッド２に取り付けられ、レジスト膜１０１の膜厚を測定する膜厚測定部３と、現像ヘッド２を基板１００と垂直な方向に移動させて、現像ヘッド２と基板１００との間のギャップを調整するギャップ調整機構４と、現像ヘッド２を走査方向Ｓに移動させる移動機構５と、膜厚測定部３によるレジスト膜１０１の膜厚の測定結果に基づいて現像条件を決定し、現像ヘッド２、ギャップ調整機構４及び移動機構５を制御する制御部６と、各種のデータが記憶された記憶部７とを備える。

基板１００は、例えば、石英ガラス等の透明基板であり、補助板１０２と上面の高さが等しくなるように保持されている。また、基板１００の上面には、例えば、１６０ｎｍの厚さで感光剤が均一に塗布されて、露光装置により所定のパターンが露光されたレジスト膜１０１が形成されている。本実施の形態では、ポジ型の感光剤を用い、現像処理によって現像される部分は、露光装置により露光された露光部である。なお、ネガ型の感光剤を用いてもよく、その場合には現像処理によって現像される部分は、露光装置により露光されていない未露光部である。

（現像ノズル）
現像ヘッド２は、図６に示すように、現像ヘッド２の中央部に設けられた現像液吐出部である現像液吐出ノズル２０と、現像液吐出ノズル２０の両側に設けられた現像液吸引部である現像液吸引ノズル２１と、現像液吸引ノズル２１の外側にそれぞれ設けられたリンス液吐出ノズル２２とを備える。なお、本実施の形態では、現像ヘッド２は、移動機構５により水平移動されるが、現像ヘッド２と基板１００とが相対的に移動すればよく、基板１００を移動させてもよいし、現像ヘッド２及び基板１００の両方を移動させてもよい。

現像液吐出ノズル２０、現像液吸引ノズル２１及びリンス液吐出ノズル２２は、現像ヘッド２の下面側にスリット状の開口をそれぞれ有し、走査方向Ｓに垂直な方向に配列されている。

現像液吐出ノズル２０は、制御部６の制御下で現像液貯蔵用のタンク（図示せず）に接続された電磁バルブ２３Ａが開かれると、タンクから供給される現像液Ｌ１を基板１００上に吐出する。リンス液吐出ノズル２２は、制御部６の制御下でリンス液彫像用のタンク（図示せず）に接続された電磁バルブ２３Ｂが開かれると、タンクから供給されるリンス液Ｌ２を基板１００上に吐出する。現像液吸引ノズル２１は、制御部６の制御下でポンプ２４が駆動されると、レジスト膜１０１上の現像液Ｌ１及びリンス液Ｌ２を吸引する。

（膜厚測定部）
膜厚測定部３は、図２（ｂ）及び図６に示すように、アクリル等の透明材質からなる防水カバー３０と、例えば、６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する単色光をレジスト膜１０１に照射する光源３１と、光源３１からの照射光をレジスト膜１０１の方向に反射させるとともにレジスト膜１０１により反射された反射光を透過するハーフミラー３２と、ハーフミラー３２を介してレジスト膜１０１による反射光を受光するＣＣＤカメラ３３とを備える。

ＣＣＤカメラ３３は、受光した反射光に応じてその反射光の輝度を測定し、その輝度を示す輝度情報を制御部６に送る。ＣＣＤカメラ３３により測定された輝度Ｃ１は、図２（ａ）に示す輝度とレジスト膜の膜厚との関係図により、レジスト膜１０１の膜厚Ｔ１に換算される。なお、ハーフミラー３２の代わりにビームスプリッタを用いてもよい。

（現像装置の制御系）
図７は、現像装置の制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。この現像装置１の記憶部７には、第１の現像条件７０と、第２の現像条件７１と、輝度とレジスト膜の膜厚との関係図２（ａ）に相当する輝度／膜厚関係テーブル７２と、露光部膜減り量とパターン寸法との関係図３（ｃ）に相当する寸法／露光部膜減り量関係テーブル７３と、露光部膜減り量と現像時間との関係図３（ｄ）に相当する露光部膜減り量／現像条件関係テーブル７４と、パターン間寸法差と現像時間との関係図３（ｅ）に相当するパターン間寸法差／現像条件関係テーブル７５と、現像条件を決定するとともに現像装置１を制御する図示しないプログラムとが記憶されている。

現像装置１の制御部６は、現像処理制御部６０と、膜減り量算出部６１Ａと、寸法予測部６２Ａと、現像条件決定部６３Ａとを備える。制御部６は、ＣＰＵと、記憶部７とのインターフェース部とを備え、ＣＰＵが記憶部７に記憶されたプログラムに従って動作することにより、現像処理制御部６０、膜減り量算出部６１Ａ、寸法予測部６２Ａ及び現像条件決定部６３Ａとして機能する。制御部６及び記憶部７は、例えば、コンピュータによって実現することができる。

なお、各関係テーブル７２〜７５は、それぞれ対応する各関係図の横軸と縦軸の数値が一意に定められればよく、例えば、横軸と縦軸の数値が表形式によって記憶されていてもよいし、多項式等の関数によって表現されていてもよい。また、寸法／露光部膜減り量関係テーブル７３、露光部膜減り量／現像条件関係テーブル７４及びパターン間寸法差／現像条件関係テーブル７５は、サンプルの基板を用いて予め測定した測定結果に基づいて作成された情報でもよいし、レジスト膜１０１が有する特性等に基づいて作成された情報でもよい。

（現像処理制御部）
現像処理制御部６０は、第１及び第２の現像条件７０，７１に従って現像ヘッド２、ギャップ調整機構４及び移動機構５等を制御して第１及び第２の現像処理を行う。

（膜減り量算出部）
膜減り量算出部６１Ａは、輝度／膜厚関係テーブル７２を参照して、ＣＣＤカメラ３３により測定されたレジスト膜１０１の露光部の輝度情報に対応する膜厚を取得し、現像処理前後の膜厚の減少状態から、レジスト膜１０１の感度情報として露光部の膜減り量を算出する。

（寸法予測部）
寸法予測部６２Ａは、寸法／露光部膜減り量関係テーブル７３を参照して、膜減り量算出部６１Ａにより算出された膜減り量Ｄ１から第２の現像処理を行った際の最終的なパターン寸法ＣＤ１を予測する。

（現像条件決定部）
現像条件決定部６３Ａは、ターゲット寸法Ｔ_ＣＤから許容される寸法換算の許容範囲１１０を取得する。寸法換算の許容範囲１１０は、図３（ｃ）に示すように、下限寸法Ｔ_ｌｏｗと、上限値である上限寸法Ｔ_ｕｐとにより囲まれた範囲である。

そして、現像条件決定部６３Ａは、寸法／露光部膜減り量関係テーブル７３を参照して、寸法換算の許容範囲１１０から膜減り量換算の許容範囲１１１を取得する。膜減り量換算の許容範囲１１１は、図３（ｃ）に示すように、下限寸法Ｔ_ｌｏｗに対応する下限膜減り量Ｄ_ｌｏｗと、上限寸法Ｔ_ｕｐに対応する上限膜減り量Ｄ_ｕｐとにより囲まれた範囲である。

次に、現像条件決定部６３Ａは、露光部膜減り量／現像条件関係テーブル７４を参照して、膜減り量換算の許容範囲１１１から第１の許容範囲１１２Ａを算出する。第１の許容範囲１１２Ａは、図３（ｄ）に示すように、下限膜減り量Ｄ_ｌｏｗに対応する現像条件Ｄｅｖ１_ｌｏｗと、上限膜減り量Ｄ_ｕｐに対応する現像条件Ｄｅｖ１_ｕｐとにより囲まれた範囲である。

次に、現像条件決定部６３Ａは、パターン間寸法差／現像条件関係テーブル７５を参照して、図３（ｅ）に示すように、パターン間差許容値Ｇ_ｓｐｅｃから決定される現像条件Ｄｅｖ２_ｌｏｗと、現像条件Ｄｅｖ２_ｕｐとにより囲まれた第２の許容範囲１１２Ｂを算出する。

そして、現像条件決定部６３Ａは、図３（ｆ）に示すように、それら第１の許容範囲１１２Ａと第２の許容範囲１１２Ｂとを共に満たすように相互許容範囲１１３を算出し、その相互許容範囲１１３に含まれる現像条件Ｄｅｖ２を第２の現像条件として決定する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、複数の基板上に形成されたレジスト膜の感度にばらつきがあったとしても、所望のリソグラフィ尤度を確保し、パターンカテゴリ間の寸法差を抑えるとともに、パターン寸法を高精度に制御することができる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る現像方法について図２、図３及び図８を参照して説明する。図８（ａ）は、露光部膜減り量とパターン寸法との関係図、図８（ｂ）は、未露光部膜減り量とパターン寸法との関係図、図８（ｃ）は、パターン寸法と現像時間との関係図、図８（ｄ）は、パターン間寸法差と現像時間との関係図、図８（ｅ）は、現像時間の相互許容範囲を示す図である。本実施の形態は、レジスト膜の露光部の膜厚だけでなく、未露光部の膜厚も測定対象とするものである。

現像処理を行った際に、露光部のレジスト膜のみならず、未露光部のレジスト膜も膜減りを生じていることが発明者らの実験等により知見として得られている。未露光部のレジスト膜厚は等方的に減少していると考えられるため、未露光部の膜減り量とパターン寸法の変化量を対応させて考えることができる。従って、この未露光部の膜減り量を考慮に入れて第２の現像条件、或いはそれ以降の現像条件を決定することによりパターン寸法をより高精度に制御することができる。

まず、基板上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜の膜厚を輝度と膜厚との関係図２（ａ）を用いて取得する。次に、レジスト膜に対し所定の条件で露光を行った後、第１の現像条件に従って第１の現像処理を行う。

続いて、第１の現像処理により現像された露光部及び未露光部の膜厚を関係図２（ａ）を用いて取得し、レジスト膜の現像処理前後の膜厚の比較として差分を取ることにより、露光部及び未露光部の膜減り量Ｄ１，Ｄ２を算出する。

次に、関係図３（ａ）及び関係図３（ｂ）より取得した図３（ｃ）と同様の露光部膜減り量とパターン寸法との関係図８（ａ）を用いて露光部の膜減り量Ｄ１からパターン寸法ＣＤ１を予測する。また、未露光部膜減り量とパターン寸法との関係図８（ｂ）を用いて未露光部の膜減り量Ｄ２からパターン寸法ＣＤ２を予測する。

次に、パターン寸法ＣＤ１とターゲット寸法Ｔ_ＣＤとの差分である第１のパターン寸法補正量ΔＣＤ１を算出し、パターン寸法ＣＤ２とターゲット寸法Ｔ_ＣＤとの差分である第２のパターン寸法補正量ΔＣＤ２を算出する。そして、第１のパターン寸法補正量ΔＣＤ１に第２のパターン寸法補正量ΔＣＤ２を加味することで最終的なパターン寸法補正量ΔＣＤ３を算出する。なお、最終的なパターン寸法補正量ΔＣＤ３の算出方法は、第１及び第２のパターン寸法補正量ΔＣＤ１，ΔＣＤ２を加算してもよいし、平均を取ってもよいし、第１のパターン寸法補正量ΔＣＤ１に所定の係数を乗じた第２のパターン寸法補正量ΔＣＤ２を加算してもよい。

次に、予め取得しておいたパターン寸法と現像時間との関係図８（ｃ）を用いてターゲット寸法Ｔ_ＣＤから許容される寸法換算の許容範囲１１０を算出する。続いて、寸法換算の許容範囲１１０から関係図８（ｃ）を用いて第１の許容範囲１１２Ａを算出する。

次に、パターン間寸法差と現像時間との関係図８（ｄ）を用いてパターン間差許容値Ｇ_ｓｐｅｃから決定される第２の許容範囲１１２Ｂを算出する。

そして、第１の許容範囲１１２Ａと第２の許容範囲１１２Ｂを満たすような相互許容範囲（図８（ｅ）の斜線部）１１３を算出し、その相互許容範囲１１３を満たすように現像条件Ｄｅｖ２を第２の現像条件７１として決定する。そして、レジスト膜に対し上記のようにして決定された第２の現像条件に従って第２の現像処理を行う。

（現像装置の構成）
次に、上記現像方法を実施するための現像装置の一例について説明する。図９は、本実施の形態に係る現像装置の制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。

この現像装置１は、膜厚測定部３、制御部６及び記憶部７と、第１の実施の形態と同様の現像ヘッド２、ギャップ調整機構４及び移動機構５等を備える。

膜厚測定部３は、レジスト膜１０１の露光部の膜厚だけでなく、露光部に近接した部分である未露光部の膜厚も測定する。

記憶部７には、第１の実施の形態と同様の第１の現像条件７０、第２の現像条件７１及び輝度／膜厚関係テーブル７２と、関係図８（ａ）に相当する寸法／露光部膜減り量関係テーブル７３と、関係図８（ｂ）に相当する寸法／未露光部膜減り量関係テーブル７６と、関係図８（ｃ）に相当する寸法／現像条件関係テーブル７７と、関係図８（ｄ）に相当するパターン間寸法差／現像条件関係テーブル７５とが記憶されている。

制御部６は、第１の実施の形態と同様の現像処理制御部６０の他に、レジスト膜１０１の露光部及び未露光部の膜減り量を算出する膜減り量算出部６１Ｂと、露光部及び未露光部の膜減り量から、最終的なパターン寸法を予測する寸法予測部６２Ｂと、第１の許容範囲１１２Ａと第２の許容範囲１１２Ｂとを満たす相互許容範囲内に収めるように第２の現像条件７１を決定する現像条件決定部６３Ｂとを備える。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、感光性薄膜の感度情報を露光部の膜減り量からだけでなく、未露光部の膜減り量からも取得することにより、第１の実施形態と比較してパターン寸法をさらに高精度に制御することができる。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係る現像方法について図１０を参照して説明する。図１０は、マスタープロファイル情報の一例を示す図である。このマスタープロファイル情報７８には、２次元形状のカテゴリ別に分類されて、複数のプロファイル情報が記録されている。カテゴリとしては、図１０に示すようにＵ字型、Ｖ字型、ロ字型（凹型）及び楕円型等が挙げられる。また、１つのカテゴリには、複数のプロファイル情報が、ターゲット寸法を中心にして、Ｌｎｍ（例えば、２ｎｍ）刻みで記憶されている。本実施の形態は、このマスタープロファイル情報７８を用いてレジスト膜の露光部の２次元形状から膜減り量を取得するものである。

まず、基板上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜に対し所定の条件で露光を行った後、第１の現像条件に従って第１の現像処理を行う。

次に、第１の現像処理により現像された露光部の２次元形状を測定し、マスタープロファイル情報７８にてその測定した２次元形状が類似するカテゴリを検知する。なお、２次元形状がいずれのプロファイル情報に類似するか否かの判定には、例えば、パターンマッチング等を用いればよい。

次に、類似するカテゴリにおけるプロファイル情報のうち、測定した２次元形状の膜減り量が近いプロファイル情報を取得し、そのプロファイル情報からパターン寸法を予測する。

その後、その予測したパターン寸法を用いて、第１及び第２の許容範囲を算出する工程、相互許容範囲を満たすように第２の現像条件を決定する工程、及び第２の現像条件に従って第２の現像処理を行う工程は、第１の実施の形態と同様のため説明を省略する。

（現像装置の構成）
次に、上記現像方法を実施するための現像装置の一例について説明する。図１１は、本実施の形態に係る現像装置の制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。

この現像装置１は、膜厚測定部３の代わりに、レジスト膜１０１の２次元形状を測定する形状測定部８、制御部６及び記憶部７と、第１の実施の形態と同様の現像ヘッド２、ギャップ調整機構４及び移動機構５等を備える。

形状測定部８は、現像ヘッド２に取り付けられ、レジスト膜１０１の２次元形状を測定可能な、例えば、ＡＦＭや、斜入射した光の回折光を受光するスキャトロメトリー等により構成されている。なお、形状測定部８は、レジスト膜１０１の３次元形状を測定するようにしてもよい。

記憶部７には、図１０に相当するマスタープロファイル情報７８と、第１の実施の形態と同様の第１の現像条件７０、第２の現像条件７１及びパターン間寸法差／現像条件関係テーブル７５と、第２の実施の形態と同様の寸法／現像条件関係テーブル７７とが記憶されている。

制御部６は、第１の実施の形態と同様の現像処理制御部６０の他に、レジスト膜１０１の露光部の２次元形状を検知する形状検知部６４と、露光部の２次元形状に基づいてパターン寸法を予測する寸法予測部６２Ｃと、第１の許容範囲１１２Ａと第２の許容範囲１１２Ｂとを満たす相互許容範囲内に収めるように第２の現像条件７１を決定する現像条件決定部６３Ｃとを備える。

形状検知部６４は、形状測定部８によりレジスト膜１０１の露光部が測定された２次元形状を受け取り、マスタープロファイル情報７８を参照して、その受け取った２次元形状に類似するプロファイル情報が記憶されたカテゴリを検知する。

寸法予測部６２Ｃは、マスタープロファイル情報７８を参照して、形状測定部８により測定された２次元形状において、厚さ方向、すなわち、膜減り量が近いプロファイル情報を取得し、そのプロファイル情報からパターン寸法を予測する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、露光部が途中まで現像された際の２次元形状から現像条件を決定することにより、第１の実施形態の効果に加え、第１の実施形態と比較してパターン寸法をさらに高精度に制御することができる。

［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態に係る現像方法について説明する。本実施の形態は、マスタープロファイル情報７８を用いてレジスト膜の露光部の２次元形状から膜減り量を算出するとともに、輝度とレジスト膜の膜厚との関係図を用いて未露光部の膜減り量を算出し、未露光部の膜減り量を考慮に入れて第２の現像条件、或いはそれ以降の現像条件を決定するものである。

まず、基板上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜の膜厚を取得する。次に、レジスト膜に対し所定の条件で露光を行った後、第１の現像条件に従って第１の現像処理を行う。

次に、第１の現像処理により現像された露光部の２次元形状を測定し、マスタープロファイル情報７８にてその測定した２次元形状が類似するカテゴリを検知する。

続いて、第１の現像処理により現像された未露光部の膜厚を取得し、レジスト膜の現像処理前の膜厚との差分を取ることにより、未露光部の膜減り量を算出する。

次に、類似するカテゴリにおけるプロファイル情報のうち、測定した２次元形状の膜減り量が近いプロファイル情報を取得し、そのプロファイル情報から第１のパターン寸法を予測する。そして、未露光部の膜減り量Ｄ２から第２のパターン寸法を予測する。

次に、予測した第１のパターン寸法とターゲット寸法との差分である第１のパターン寸法補正量を算出し、予測した第２のパターン寸法とターゲット寸法との差分である第２のパターン寸法補正量を算出する。そして、第２の実施の形態と同様に、第１及び第２のパターン寸法補正量から最終的なパターン寸法補正量を算出する。

その後、そのパターン寸法補正量を用いて第１及び第２の許容範囲を算出する工程、相互許容範囲を満たすように第２の現像条件を決定する工程、及び第２の現像条件に従って第２の現像処理を行う工程は、第２の実施の形態と同様のため説明を省略する。

（現像装置の構成）
次に、上記現像方法を実施するための現像装置の一例について説明する。図１２は、本実施の形態に係る現像装置の制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。

この現像装置１は、レジスト膜１０１の未露光部の膜厚を測定する膜厚測定部３、レジスト膜１０１の露光部の２次元形状を測定する形状測定部８、制御部６及び記憶部７と、第１の実施の形態と同様の現像ヘッド２、ギャップ調整機構４及び移動機構５等を備える。

記憶部７には、第１の実施の形態と同様の第１の現像条件７０、第２の現像条件７１及びパターン間寸法差／現像条件関係テーブル７５と、第２の実施の形態と同様の寸法／現像条件関係テーブル７７と、第３の実施の形態と同様のマスタープロファイル情報７８とが記憶されている。

制御部６は、第１の実施の形態と同様の現像処理制御部６０と、第３の実施の形態と同様の形状検知部６４の他に、レジスト膜１０１の未露光部の膜減り量を算出する膜減り量算出部６１Ｃと、露光部の２次元形状及び未露光部の膜減り量に基づいてパターン寸法を予測する寸法予測部６２Ｄと、第１の許容範囲１１２Ａと第２の許容範囲１１２Ｂとを満たす相互許容範囲内に収めるように第２の現像条件７１を決定する現像条件決定部６３Ｄとを備える。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、露光部が途中まで現像された際の２次元形状に加えて未露光部の膜減り量を考慮することにより、第３の実施形態の効果に加え、第３の実施形態と比較してパターン寸法をさらに高精度に制御することができる。

［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施の形態は、上記第１乃至第４の実施の形態に係る現像方法をフォトマスクの製造工程に適用したフォトマスクの製造方法である。すなわち、基板上のレジスト膜に対して上記第１乃至第４の実施の形態に係る現像方法にて現像処理を行い、その現像処理後のレジスト膜に対してエッチング、レジスト剥離等の工程を経てフォトマスクを製造する。

半導体装置の製造では、ウェハーから複数個のチップが切り出されるため、そのチップ単位でパターン寸法がターゲット寸法を満たすことを要求される。これに対し、フォトマスクの製造では、基板上に形成しようとするパターンの全てにおいてパターン寸法をターゲット寸法通りに、且つ均一にすることが要求されることから、フォトマスクの製造工程に本発明を適用することによりさらなる効果が期待できる。

また、フォトマスクは、一般的にＥＢ（Electron Beam）露光で描画されており、ＥＢ露光による露光工程に係る時間に比較して現像工程に係る時間は短い。そのため、複数回の現像処理を行うことにより現像工程に係る処理時間が長くなったとしても、現像工程がボトルネックとなることはなく、ターンアラウンドタイム（Turn Around Time）に与える影響は少ない。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々な変形が可能である。例えば、記憶部７に記憶されたプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を介して制御部６に提供してもよく、インターネット等のネットワークを介して制御部６に提供してもよい。

また、制御部６が有する現像処理制御部、膜減り量算出部、寸法予測部、現像条件決定部及び形状検知部は、それらの一部又は全部をハードウェアにより実現されていてもよい。

また、膜厚測定部３及び形状測定部８は、現像ヘッド２とは独立に動作する可動アームに取り付けられていてもよい。

図１は、現像方法の各工程を示すフローチャートである。図２（ａ）は、輝度と、レジスト膜の膜厚との関係を示すグラフである。図２（ｂ）は、膜厚測定部の概略構成の一例を示す模式図である。図３（ａ）は、露光量とパターン寸法との関係図、図３（ｂ）は、露光量と露光部膜減り量との関係図、図３（ｃ）は、露光部膜減り量とパターン寸法との関係図、図３（ｄ）は、露光部膜減り量と現像時間との関係図、図３（ｅ）は、パターン間寸法差と現像時間との関係図、図３（ｆ）は、現像時間の相互許容範囲を示す図である。図４（ａ）〜（ｅ）は、複数種のパターンの一例を示す断面図である。図５（ａ）は、現像装置の概略構成の一例を示す上面図である。図５（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図７は、第１の実施の形態に係る現像装置の制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。図８（ａ）は、露光部膜減り量とパターン寸法との関係図、図８（ｂ）は、未露光部膜減り量とパターン寸法との関係図、図８（ｃ）は、パターン寸法と現像時間との関係図、図８（ｄ）は、パターン間寸法差と現像時間との関係図、図８（ｅ）は、現像時間の相互許容範囲を示す図である。図９は、第２の実施の形態に係る現像装置の制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。図１０は、マスタープロファイル情報の一例を示す図である。図１１は、第３の実施の形態に係る現像装置の制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。図１２は、第４の実施の形態に係る現像装置の制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１…現像装置、２…現像ヘッド、３…膜厚測定部、４…ギャップ調整機構、５…移動機構、６…制御部、７…記憶部、８…形状測定部、２０…現像液吐出ノズル、２１…現像液吸引ノズル、２２…リンス液吐出ノズル、２３Ａ，２３Ｂ…電磁バルブ、２４…ポンプ、３０…防水カバー、３１…光源、３２…ハーフミラー、３３…カメラ、６０…現像処理制御部、６１Ａ〜６１Ｃ…膜減り量算出部、６２Ａ〜６２Ｄ…寸法予測部、６３Ａ〜６３Ｄ…現像条件決定部、６４…形状検知部、７０…第１の現像条件、７１…第２の現像条件、７２…輝度／膜厚関係テーブル、７３…寸法／露光部膜減り量関係テーブル、７４…露光部膜減り量／現像条件関係テーブル、７５…パターン間寸法差／現像条件関係テーブル、７６…寸法／未露光部膜減り量関係テーブル、７７…寸法／現像条件関係テーブル、７８…マスタープロファイル情報、１００…基板、１０１…レジスト膜、１０２…補助板、１１０Ａ…第１の許容範囲、１１０Ｂ…第２の許容範囲、１１１…相互許容範囲

Claims

基板上に形成された感光膜を現像し複数種のパターンを形成する現像方法であって、
露光された前記感光膜を所定の膜厚まで現像する第１の現像処理を行う工程と、
前記第１の現像処理によって現像された前記感光膜の前記所定の膜厚と前記感光膜の露光量から前記感光膜の感度情報を取得する工程と、
前記感度情報から前記第１の現像処理に続く第２の現像処理を行った後のパターン寸法を予測し、前記第２の現像処理における現像条件の第１の許容範囲を決定する工程と、
前記第１の許容範囲と、前記複数種のパターン間における現像処理後のパターン寸法のばらつき量から決定される前記第２の現像処理における現像条件の第２の許容範囲とを共に満たすように前記第２の現像処理における現像条件を決定する工程と、
を含むことを特徴とする現像方法。
前記感光膜の未露光部の膜厚を前記第１の現像処理の前後で比較し、前記未露光部の膜減り量を取得する工程をさらに備え、
前記第２の現像処理における現像条件の第１の許容範囲を決定する工程は、前記感度情報及び前記未露光部の膜減り量から前記第１の現像処理に続く第２の現像処理を行った後のパターン寸法を予測する工程であることを特徴とする請求項１に記載の現像方法。
さらに、前記第２の現像処理における現像条件に従って前記第２の現像処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像方法。
前記第１及び第２の現像処理は、現像液吐出部及び現像液吸引部が設けられた現像部を前記基板に対して相対的に水平移動させながら、前記現像液吐出部から前記感光膜上に現像液を吐出するとともに前記現像液吸引部にて前記感光膜上の前記現像液を吸引することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像方法。
請求項３又は４に記載の現像方法によってマスクパターンを形成することを特徴とするフォトマスクの製造方法。